Wie lang ist ein Tag auf einem Exoplaneten?

Kurze Tage außerhalb unseres Sonnensystems: Auf dem Exoplaneten Beta Pictoris b, 63 Lichtjahre entfernt, gibt es jeweils acht Stunden lang Tageslicht, berichten niederländische Astronomen. Es ist das erste Mal, dass sich die Rotationsgeschwindigkeit eines Exoplaneten messen ließ. Mit der verwendeten Messtechnik wollen die Wissenschaftler zukünftig auch eine Wetterkarte des fremden Planeten erstellen.

Die Zahl der entdeckten Planeten in anderen Sternensystemen steigt immer weiter an. Auch die Eigenschaften dieser Exoplaneten werden bei der Suche nach einer möglichen zweiten Erde immer besser erforscht. Der Exoplanet Beta Pictoris b umkreist den am südlichen Nachthimmel mit bloßem Auge sichtbaren Stern Beta Pictoris, etwa 63 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dieser vor etwa sechs Jahren entdeckte Planet ist einer der ersten Exoplaneten, die mit Teleskopen direkt abgebildet werden konnten.

Schnelle Rotation – Ursache unbekannt

Ein Team niederländischer Astronomen an der Universität Leiden und am Netherlands Institute for Space Research hat nun herausgefunden, dass Beta Pictoris b an seinem Äquator mit einer Geschwindigkeit von fast 100.00 Kilometern pro Stunde rotiert. Zum Vergleich: Der Jupiter bewegt sich am Äquator mit ungefähr 47.000 Kilometern pro Stunde, während die Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator nur knapp unter 1.700 Kilometer pro Stunde beträgt. Beta Pictoris b ist mehr als 16 mal so groß und 3.000 mal so schwer wie die Erde – ein Tag auf diesem Planeten dauert allerdings nur acht Stunden.

„Es ist nicht bekannt, warum sich manche Planeten schnell und manche langsamer drehen“, erläutert Ko-Autor Remco de Kok, „aber diese erste Messung der Rotation eines Exoplaneten zeigt, dass der im Sonnensystem beobachtete Trend, nach dem schwerere Planeten sich auch schneller drehen, auch auf Exoplaneten zutrifft.“ Nicht nur Jupiter, auch die anderen Gasriesen in unserem Sonnensystem rotieren viel schneller als die kleineren Gesteinsplaneten. Die Astronomen vermuten daher, dass dies eine grundsätzliche Regel bei der Entstehung von Planeten ist.

Beta Pictoris b ist mit einem Alter von nur 20 Millionen Jahren ein sehr junger Planet – unsere Erde hat dagegen bereits etwa 4,5 Milliarden Jahre hinter sich. Folgt der Exoplanet dem üblichen Modell der Planetenentstehung, wird er mit der Zeit abkühlen und schrumpfen. Dadurch wird er sogar noch schneller rotieren, genau wie sich Eiskunstläufer bei Pirouetten schneller drehen, wenn sie die Arme anziehen. Allerdings könnten auch noch andere Prozesse im Spiel sein, die die Rotation des Planeten beeinflussen: Gezeitenkräfte des Mondes verlangsamen beispielsweise die Rotation unserer Erde.

Dopplereffekt zeigt Rotation

Die Astronomen nutzten für ihre Messungen das CRIRES-Instrument am Very Large Teleskope der Europäischen Südsternwarte. Mit Hilfe des Dopplereffekts konnten die Geschwindigkeit der Planetenoberfläche bestimme. Durch den Dopplereffekt verringert sich die Wellenlänge des Lichts, wenn ein Objekt auf uns zu kommt und vergrößert sich, wenn es sich entfernt. „Mit Hilfe dieser Methode sehen wir, dass sich verschiedene Teile der Planetenoberfläche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf uns zu oder von uns weg bewegen“, erläutert Ingas Snellen, der Erstautor des Artikels. „Das kann nur bedeuten, dass der Planet um seine Achse rotiert.“

Die Methode ist eng mit der Doppler-Bildgebung verwandt, mit der Astronomen bereits seit mehreren Jahrzehnten die Oberfläche von Sternen kartieren, kürzlich auch von einem Braunen Zwerg. Wegen der schnellen Rotation von Beta Pictoris b ist der Doppler-Effekt besonders ausgeprägt. Daher rechnen die Astronomen damit, in Zukunft eine globale Karte des Planeten zu erstellen, die möglicherweise auftretende Wolkenstrukturen und Stürme zeigen könnte. Sie erwarten weiterhin, mit weiter verbesserten Instrumenten und noch moderneren Teleskopen auch viel kleinere Planeten als Beta Pictoris b kartieren zu können.

(European Southern Observatory, 02.05.2014 – AKR)